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探究反应速率的秘密：电子吸引基如何影响芳香环的反应？
在有机化学中，芳香环的电亲核取代反应（Electrophilic Aromatic Substitution, EAS）是一个非常重要的过程。在这个过程中，芳香环上已有的取代基会显著影响反应的速率以及产物的位向选择性。这篇文章将深入探讨电子供给基（EDGs）和电子吸引基（EWGs）如何透过影响芳香环的电子密度，从而改变反应的动力学和产物分布。
电子供给基使芳香环更具亲核性，从而促进电亲核取代反应，而电子吸引基则相反，降低了芳香环的反应性。
电子供给基，或称为电子释放基团（ERGs），会通过共振效应或者诱导效应向芳香环中捐赠电子密度。这些基团使芳香环的π系统更具亲核性，从而提高其参与电亲核取代反应的可能性。此时，芳香环就更容易与亲电体发生反应，因此这类基团也被称为活化基团。此外，这些基团还通常会导向取代反应在 ortho 及 para 位置进行。在1892年，Crum Brown–Gibson规则首次描述了这些选择性，也即EDGs和EWGs对芳香环的取代影响。
EDGs通常会促使电亲核取代反应发生在 ortho 和 para 位置，而EWGs则倾向于将反应导向 meta 位置。
相比之下，电子吸引基则会从芳香环的π系统中移除电子密度，减少其反应性。在这些基团的作用下，芳香环的亲核性明显降低，使其参与电亲核取代反应的能力减弱。因此，这类基团被称为去活化基团（Deactivating groups）。尤其在EWGs的影响下，取代反应往往集中在 meta 位置，而与 ortho 和 para 位置的反应机会显著减少。这些电子吸引基可分为弱去活化基和强去活化基，弱去活化基有时还可以导致 ortho 和 para 位置反应，但相对于 meta 位置而言显著降低了反应性。
强去活化基团通常会优先导向 meta 反应，而不是偏好 ortho 或 para 反应。
讨论到激活基团，我们发现大多数激活基团皆属于共振供电子体 (+M) 的范畴。尽管许多这些基团在某种程度上也会通过诱导作用产生去活化效应 (-I)，但总体上，供电子的共振效应通常较为强烈。这一现象并不适用于某些卤素（如氯、溴和碘），它们的共振效应显著影响芳香环的化学反应性。举例来说，氟虽然具有去活化作用，但在para位置的反应速率常常超过1，这使得它在这一位置被视为激活基。这种纯粹的动力学考量将帮助我们理解各种取代基对芳香环进行 EAS 反应的影响。
氟是一个例外，它在 para 位置上的反应速率高于其他取代基，使其显示出激活效应。
对于去活化基，如亚硝基、硫酸酯和不同型的羧酸，都会在恶唑酮等羧基上产生较强的电子吸引作用。这些结构正是由于直接附着在芳香环上的电正性原子所引起的。虽然这些基团会一起贡献共振效应，但由于它们对芳香环造成负电性偏移，因此会强烈减慢反应速率。进一步说，这些基团的参与使得芳香环变得极其电子贫乏。
含有电子吸引基的芳香环的反应速率远比不含这些基团的芳香环低得多。
相较之下，带有氨基、醇基和醚基（如安息香）等的结构，虽然存在某种诱导效应(-I)，但共振效应(+M) 常常压过该效应，导致它们依然被视为供电子基团（EDGs）并且在ortho 和para 位置具有高反应性。特别是在基本环境下，酚类的乙氧基合成反应会显著加快，因为单负电的氧使得分子在反应中提供了更多的电子。
然而，不同取代基对反应位点的影响并不是单向的，它们之间的相互作用经常引发反应选择性的变化。当两个或更多取代基已经存在于芳香环上时，第三个取代基的位置往往是可以预判的。他们的存在会使化合物具有较强的对称性或加强某些取代基的效应，进一步影响芳香环的反应性。
随着我们进一步理解这些反应的基本原理，我们不禁要思考，未来的有机化学反应将如何持续受到这些电子效应的影响，而探索新型取代基可能会如何重新定义我们对化学反应的理解？
